CN1473884A - 光净化环保型涂料的制备与涂覆技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有光催化功能的光催化环保型涂料的制备及其涂覆技术。即将常规二氧化钛溶胶及其多元混合溶胶进行特殊的热处理和改性，制得具有光净化环保型涂料。本发明涂料涂覆在常规有机涂料表面，形成一层兼具耐候性、耐污性和环保性能的复合型光净化环保型涂层。本发明涂料及其涂覆工艺可以广泛应用于建筑内、外墙的涂装，也可应用于混凝土、石膏板、玻璃、木材、木质纤维板、塑料、金属及其它复合材料等基材的涂覆。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料中的涂料，具体的说是一种复合型的具有光催化性能的光催化环保型涂料制备与涂覆技术。
背景技术
随着二氧化钛光催化功能的不断开发，二氧化钛在空气净化、废水处理等环境治理方面得到了日益广泛的应用。人们开发出了诸如自清洁和抗菌瓷砖、自清洁抗雾玻璃、光催化空气净化器等多用途的二氧化钛光催化产品。同时，二氧化钛作为一种白色颜料，在有机涂料中得到广泛应用，考虑到尽量减少对涂料中有机树脂基料的光催化分解破坏作用，因而用作白色颜料的二氧化钛通常是不具有光催化性能的金红石结构。如何将具有光催化性能的锐钛矿型二氧化钛引入到涂料中，开发出具有自清洁和抗菌性能、能够降解有机污染物，而本身又不变色分解的涂料是人们一直不断追求的目标。
吴吉生等在中国专利公告00125489和00125490中分别介绍了一种外、内墙纳米漆及其制备方法：在具有常规组分苯丙乳液、增塑剂、消泡剂和成膜助剂等漆组分中加入一定量的二氧化钛粉末，制得无毒、无味、高强度、高韧性、抗老化性能强，具有防霉抗菌功能的水性绿色环保涂料。王胜天在中国专利公告00115413中公开了一种可净化大气的涂料：在由有机硅树脂或溶胶——凝胶粘合剂和溶剂组成的组分中加入50～60％的二氧化钛，制得涂料。将该产品涂在城市的建筑物、立交桥、道路的两侧，利用太阳光的催化，其中的二氧化钛可吸收氮氧化物，可解决的氮氧化物的污染问题。虽然这些涂料有一定的光催化性能，但长时间使用后二氧化钛的光催化作用会引起涂料中有机组分的降解而导致变色等现象。另外，将二氧化钛粉末加到涂料中，只有暴露在表面的极少部分起作用，而且涂料表面的成膜剂也限制了二氧化钛的光催化作用。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种具有光催化功能的光催化环保型涂料的制备与涂覆技术。即用有机醇盐水解制备出二氧化钛溶胶及其复合溶胶，将溶胶进行处理后，制得具有光催化性能的锐钛矿型二氧化钛涂料及其复合涂料，并通过喷涂、提拉、印刷、刷涂或浸渍的方式涂覆在常规有机涂料表面，从而在基材表面形成一层兼具耐候性、耐污性和环保性能(分解挥发性有机物、氮氧化物及硫氧化物，杀菌)的复合型光净化环保型涂料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一.二氧化钛涂料的制备，包括二氧化钛溶胶及含其他氧化物的二氧化钛复合溶胶的制备及其热处理。
(1)按专利98115808.0制备二氧化钛溶胶，即在酸性PH＜5或碱性PH＞7的条件下将钛的醇盐(例如钛酸四异丙酯、钛酸四丁酯)水解，得到均匀透明的溶胶，通过渗析法调节溶胶的PH值至1～5。
(2)含其他氧化物的二氧化钛复合溶胶制备，有两种方法。制备方法一是将硅、铝、锆、锌、锡的醇盐在酸性PH＜5或碱性PH＞7的条件下水解成均匀透明的单一组分的SiO2、Al2O3、ZrO2、ZnO、SnO溶胶，而后其中的一种或几种与二氧化钛溶胶按99∶1或75∶25比例混合制得复合溶胶；制备方法二是先将两种或两种以上不同组分的相应醇盐(钛醇盐与其他的醇盐)按99∶1或75∶25定比例均匀混合，然后在酸性PH＜5或碱性PH＞7的条件下水解成含其他氧化物的二氧化钛复合溶胶，调溶胶PH值至1～5。
(3)纯二氧化钛溶胶和复合溶胶的热处理：将按上述(1)和(2)方法制得的纯二氧化钛溶胶或含其他氧化物的二氧化钛复合溶胶在密闭耐压容器中在80～250℃下处理0.5～15.0小时，冷却后取出，超声波处理1～10分钟，制得具有光催化活性的锐钛矿型纯二氧化钛或含其他氧化物的二氧化钛复合涂料。纯二氧化钛涂料组成为：二氧化钛重量含量(以下相同)为0.1～20.0％，其余为水；而在二氧化钛复合涂料中，二氧化钛为0.1～20.0％，所含有的其他氧化物组分各自为0.1～5.0％，其余为水。
(4)在进行热处理或没有进行热处理的纯二氧化钛溶胶及含有其他氧化物的混合溶胶中，还可加入0.1～10.0％表面活性剂。表面活性剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、全氟辛酸等全氟烷基羧酸及其盐、全氟烷基磺酸盐以及其他含氟的非离子型表面活性剂等。搅拌均匀后，制得含有表面活性剂的溶胶型涂料。
二.二氧化钛涂料的涂覆。
本发明制得的纯溶胶和混合溶胶，既可以直接使用，也可以经过热处理后使用，还可以加入表面活性剂后使用；不同溶胶种类的选择根据使用场所及基底材料所决定。二氧化钛涂料的涂覆可在干燥后的常规涂料表面按常规方式进行刷涂和喷涂。
本发明的效益和优越性在于：有机醇盐水解制得的二氧化钛溶胶和含有其他氧化物的二氧化钛复合溶胶经过特殊的热处理后，不需要经过焙烧等后续处理就可以晶化成具有自清洁、抗菌和分解污染物等光催化性能的锐钛矿型二氧化钛涂料或二氧化钛复合涂料。将此涂料与常规有机涂料的分层使用可以在基材表面形成兼具耐候性、耐污性和环保性能(分解挥发性有机物、氮氧化物及硫氧化物，杀菌)的涂层，而且常规涂料不被分解，同时减少了涂料的用量和成本。本发明涂料及其涂覆工艺可以广泛应用于建筑内、外墙的涂覆与装饰，也可应用于混凝土、石膏板、玻璃、木材、木质纤维板、塑料、金属及其它复合材料等基材的涂覆与装饰。
具体实施方式
实施例1：纯二氧化钛光净化涂料的制备
将1.1毫升浓硝酸(68％)加入150毫升的去离子水中配成均匀溶液，在强烈搅拌下将12.5毫升的钛酸四异丙酯缓慢滴入酸性水溶液中，水解得到的含有白色沉淀的悬浮液在40℃下继续搅拌直至白色沉淀溶解形成均匀透明的溶胶。把溶胶装入渗析膜袋中用2升去离子水进行渗析处理，每隔12小时换一次水至渗析水最终PH值为3.2。将溶胶从渗析袋中取出，制得浓度约为2.5％的二氧化钛溶胶。将此二氧化钛溶胶在密闭耐压容器中在150℃下处理5.0小时，冷却后取出，超声波处理5分钟，制得具有光催化活性的锐钛矿型二氧化钛涂料。该涂料中，二氧化钛晶粒大小为6～10nm，晶化程度为80.0％以上。
实施例2：二氧化钛—二氧化硅复合涂料的制备
在强烈搅拌下，将5毫升正硅酸乙酯缓慢滴入由0.25毫升浓硝酸(68％)与10毫升去离子水配成的溶液中，继续搅拌直至形成均匀透明的二氧化硅溶胶。将此溶胶10毫升与100毫升按实施例1制备的二氧化钛溶胶搅拌混合均匀，然后通过与实施例1中相同的渗析处理，调PH值为2.8。最后加入聚乙二醇50克，在电磁搅拌下搅拌均匀制得混合涂料。在此溶胶型涂料中，二氧化钛含量为2.3％，二氧化硅含量为1.1％，聚乙烯醇为0.5％，PH值为2.8。
实施例3：平板玻璃上的复合漆涂覆及其性能评价
在清洁处理后的平板玻璃表面均匀刷涂一层市售外墙漆，自然干燥后刷涂一层实施例2中制备的混合涂料，自然晾干。
平板玻璃上的复合漆性能评价：
1)水彩褪色比较：在例3中制得的玻璃涂料表面用水彩笔画上标记，用254nm紫外灯进行光照，光照2min后，水彩颜色褪去。而只涂覆常规外墙漆玻璃表面的水彩标记，光照2min后并没有褪去。
2)太阳光照老化实验：将例3中制得的玻璃片分别放置在室内和暴露在室外，两个星期后比较两者外观变化。结果显示，两者底色几乎没有什么差异。
3)去除氮氧化物和硫氧化物实验：将例3中制得的玻璃片，在容积为2立方米的密闭箱中分别进行光催化分解二氧化氮和二氧化硫的评价实验。评价条件为：紫外灯波长254nm、功率10w×2，玻璃片面积为10cm×10cm×50，二氧化氮和二氧化硫起始浓度都为80ppm，反应温度为室温，反应时间5小时。反应结果为二氧化氮和二氧化硫的去除率分别为96.4％和92％。
Claims (6)
1.一种涂覆于常规涂料表面的具有光催化性能的环保型涂料的制备，其特征是：将按专利98115808.0制备的二氧化钛溶胶和含氧化物的二氧化钛复合溶胶进行热处理，并加入表面活性剂。
2.一种在常规涂料表面涂覆具有光催化功能的二氧化钛光催化环保型涂料的涂覆技术，其特征是：二氧化钛光催化涂料纯溶胶和混合溶胶，可以直接使用，也可以经过热处理后使用，还可以加入表面活性剂后使用；不同溶胶涂料种类的选择根据使用场所及基底材料所决定，二氧化钛涂料的涂覆可在干燥后的常规涂料表面按常规方式进行刷涂和喷涂。
3.根据权利要求1所述的具有光催化性能的环保型涂料的制备，其特征是：所述的含氧化物的二氧化钛复合溶胶的制备有两种方法，制备方法一是将硅、铝、锆、锌、锡的醇盐在酸性PH＜5或碱性PH＞7的条件下水解成均匀透明的单一组分的SiO2、Al2O3、ZrO2、ZnO、SnO溶胶，而后其中的一种或几种与二氧化钛溶胶按99∶1～75∶25比例混合制得复合溶胶；制备方法二是先将两种或两种以上不同组分的相应醇盐按99∶1～75∶25比例均匀混合，然后在酸性PH＜5或碱性PH＞7的条件下水解成二氧化钛复合溶胶，调溶胶PH值至1～5。
4.根据权利要求1所述的具有光催化性能的环保型涂料的制备，其特征是：所述的纯二氧化钛涂料组成为：二氧化钛重量含量为0.1～20.0％，其余为水；而在二氧化钛复合涂料中，二氧化钛为0.1～20.0％，其他所含有的氧化物组分各自为0.1～5.0％，其余为水。
5.根据权利要求1所述的具有光催化性能的环保型涂料的制备，其特征是：所述的含其他氧化物的二氧化钛复合溶胶的热处理按以下方法进行：在密闭耐压容器中在80～250℃下处理0.5～15.0小时，冷却后取出，超声波处理1～10分钟。
6.根据权利要求1所述的具有光催化性能的环保型涂料的制备，其特征是：所述的表面活性剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、全氟辛酸的全氟烷基羧酸及其盐、全氟烷基磺酸盐以及含氟的非离子型表面活性剂，表面活性剂的添加量为0.1～10.0％。
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